光纤导波原理C2.ppt

光纤的结构和分类－光纤的结构 光纤的结构和分类－光纤的结构 （1）按组成成份来分： 玻璃纤维 卤化物玻璃纤维 有源玻璃纤维 硫属化合物玻璃纤维 塑料光纤 （2）光纤横截面上折射率分布 突变型（阶跃）光纤 渐变型（梯度）光纤 Ｗ型折射率分布光纤 三角形折射率分布光纤 光纤的结构和分类－光纤的分类 g：幂律分布或分布指数 1)g ∞ ， 均匀光纤或阶跃光纤。 2)g＝２，抛物光纤。 3)g其它值，渐变光纤或梯度光纤。 通信常用的石英光纤： 突变型多模光纤（SIF） 渐变型多模光纤（GIF） 单模光纤（SMF） 光纤的结构和分类－光纤的分类 （3）光纤能传输的总模数（能允许激励的总模数） 　单模光纤　　 多模光纤 *每种光纤在光纤中传输的特定形式的光波称为光纤的一个模式. *在光纤的数值孔径内，以某一角度射入光纤端面并能在光纤的纤芯――包层界面上形成全内反射的传播光线的可称为一个光的传输模式。 （4）工作波长 光纤的结构和分类－光缆的分类 光纤的结构和分类－光缆的铭牌 光纤的结构和分类－光缆的结构 光纤的结构和分类－光缆的制作 　材料制备与提纯 （液态卤化物） 　制样 　　（a）改进的化学汽相沉积法（MCVD） （b）棒外化学汽相沉积法（OVD） （c）轴向汽相沉积法（VAD） （d）微波等离子沉积法（PCVD） 　（ｅ）双坩埚法 拉丝与涂覆 （预制棒制成符合外径要求的光纤，光纤的内外径比与预制棒一样， n一样） 套塑与成缆 （强度） 光纤的结构和分类－光缆的制作 光纤的导光原理－几何光线理论 分析光纤的导光原理有二种方法: （1）几何光学法 　（2）波动光学法 光纤的导光原理－几何光线理论　　　　　　　　－阶跃光纤中的光线轨迹 　　　　阶跃光纤中的光线轨迹　（n1 n2 ） 　 　　　　　　　　　　　　　　　 n2 　　　　　　　　　　　　　　　　　n1 ＣＡＢ　　　　　　　　　　　　　　　　　 n1 　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 n2 光纤的导光原理－几何光线理论　　　　　　　－阶跃光纤中的光线轨迹 光纤的导光原理－几何光线理论　　　　　　　－阶跃光纤中的光线轨迹 光线B： 　　由于光线B初始入射角θ’0较大，在芯/包层界面不能满足全反射条件，光线折射入包层后，光线的能量经过一段不长的光纤传输(约几米)，便损失掉了， 光线Ｂ被称为“包层模”或“辐射模”． 光纤的导光原理－几何光线理论　　　　　　　－阶跃光纤中的光线轨迹 光线C： 　　 由于光线C初始入射角θ”0较小，在n1 ~ n2的界面，入射角90０－θ大于θc ，致使其在芯/包层界面满足全反射条件． 　　　光线C也称为传导模或导模光线。 光纤的导光原理－几何光线理论　　　　　　　　　－数值孔径NA 光线从端面入射于芯区并形成导模的入射角存在一个最大值θ0 ： 初始入射角θ0 ，光线能在芯区中长距离传输。 初始入射角θ0 ，入射的光线则绝大部分会作为包层模损失掉。 　入射最大角称为孔径角，其正弦值称为光纤的数值孔径，用“NA”表示。 　　数值孔径NA表示光纤接收入射光的能力． 光纤的导光原理－光在光纤中的传播 光纤的导光原理－几何光线理论　　　　　　　　　 －数值孔径NA 设光纤端面外为空气折射率为n0≈1， 光纤的导光原理－几何光线理论　　　-—子午光线、斜光线和螺旋光线 子午光线——光线始终在经过光纤轴线的某个平面内（光纤轴心平面、子午面） 斜光线——光线入射方向与子午面夹有一定角度。 螺旋光线－－光线轨迹相当于沿着芯与包层交界的圆　柱面螺旋前进． 　　　　　 　　　　　 光纤的导光原理－几何光线理论　　　-—子午光线、斜光线和螺旋光线 　　　　　 　　 内焦散面半径r 投影弦 子午线　　 r 0 　　　2a 斜光线 　　o r a 　　 ( 0，2a ) 螺旋线　　 r a 　　　 0 光纤的导光原理－几何光线理论　　　-—子午光线、斜光线和螺旋光线 　　　射入光纤后形成一条空间折线，此折线在圆周方向的投影是一段段搭接在纤芯边界圆上的等长弦。一般说来，这些等长弦绕轴一周后不一定合成一个正多边形，而绕轴足够多圈后，不同方位的弦互相交叠，将充满以纤芯边界为外缘的环形区，环的内圆半径等于等长弦的弦心距，实际上光纤中的斜光线是以此环形为底面的圆管壁中曲折行进的，圆管内圆柱面又称内焦散面。 光纤的导光原理－几何光线理论　　　-—子午光线、斜光线和螺旋光